硫自养反硝化技术优劣辨析

硫自养反硝化因无需外加碳源、运行过程无CO_(2)直接碳排放,且硫或硫化物价格低廉而开始进入大众眼帘.硫自养反硝化概念始于20世纪70年代,但国际上对其研究与应用一直默默无闻,反而是近年来在我国方兴未艾,这一反差现象耐人寻味.通过对硫循环及硫资源概括总结发现,全球硫储量虽多,但硫资源开采主要来源于石油、天然气冶炼过程中对硫的回收,获得并不具有持久性.对硫自养反硝化过程原理、存在问题、直接碳排放等分析显示,自养反硝化速率较异养反硝化低61.5%~75.6%,反应过程会产生大量SO_(4)^(2-).此外,还存在硫填料滤床穿透逐渐降低处理负荷等问题.碳排放分析揭示,低pH(<6.5)会抑制反应进程,可能导致反硝化止步于氧化亚氮(N_(2)O)而产生相当释放量.相反,除外加碳源导致CO_(2)直接排放问题外,异养反硝化在同步脱氮除磷方面优势明显.况且,碳源缺乏问题存在多种解决方案,完全可以通过不外加碳源或选择废弃生源性碳源来解决碳排放问题.因此,在选择正确脱氮除磷技术路径时需要在深入了解反应机理的基础上,全面分析技术的优劣性,同时,横向、纵向观察国际相同领域对概念的发展以及相应的研发动态.

剩余污泥气化、液化劣势所在及其能量平衡

剩余污泥处理、处置向能源化方向转变在“双碳”形势下已形成共识.除厌氧消化(生物气)及焚烧(热电联产)途径外,近年来对污泥进行热化学气化(非生物气)、液化的研究乃至应用亦开始被业界所关注.污泥气化、液化产生的混合能量气体(H_(2)+CO)与生物油理论上可以用作燃料,但实际制取过程并不顺利,除产物成分复杂外,产物所含能量甚至低于维持反应所需能量.因此,需要分别对各种气化、液化方式及产物劣势进行描述,特别要对能量投入产出平衡进行系统分析.基于热化学法中热解与水热这两种常见的气化、液化方式,基于技术原理首先分析2种方式、4种方法的劣势所在(产物含焦油、杂原子、重金属、多环芳烃等),继而详细计算4种方法在能量平衡方面的细节,以评价各种方法的工程实用性.能量平衡结果显示,热解气化和水热液化似乎存在能量盈余,但热解气化能量只有在达到一定产物低位热值后方能实现净能量输出;水热液化净能量盈余较多,但后续产物提纯、精炼亦需能耗,仍需要进一步能量评估.

厌氧氨氧化技术研究与应用反差现象归因

厌氧氨氧化(ANAMMOX)因无需氧气和有机物而被视为可持续污水处理技术,以致学界对其研究趋之若鹜并愈演愈烈.然而,20多年过去了,过热的研究与少有的工程应用形成了巨大反差,这一现象耐人寻味.因此,有必要对产生这种反差现象的原因进行理性分析,以期获得对ANAMMOX技术工程应用场景以及运行瓶颈的清晰信息.分析表明,ANAMMOX工程化步履蹒跚的主要原因为应用场景误区与运行控制难度.ANAMMOX技术定位于高氨氮(NH_(4)^(+))、低有机物(COD)浓度厌氧消化液或类似工业废水,即属于应用场景较小的小众技术.再者,实现ANAMMOX的关键是前端与之匹配的亚硝酸氮(NO_(2)^(-))积累,而这恰恰成为其运行成败的关键.尽管存在着多种让NO_(2)^(-)积累的方法,但实现其稳定运行最后均归结为精准的控制技术,因为ANAMMOX本身以及NO_(2)^(-)积累所需要的环境窗口均十分狭窄.另一方面,ANAMMOX过程本身并不产生强温室气体-氧化亚氮(N_(2)O,温室效应为CO_(2)的265倍),但无论是短程硝化(PN)还是短程反硝化(PD)均涉及N_(2)O释放且量并不低,这就让原本可持续的ANAMMOX工艺蒙上了应用阴影.因此,对ANAMMOX的研究应适当降温,即使是针对性的应用场景也应重新评估其碳排放问题.

污水处理厂PFAS来源、迁移转化与去除方法

人工合成全氟/多氟烷基化合物(PFAS)因其结构中含有碳-氟键,使其具有疏水、疏油等特性而被广泛应用于人类生产、生活之中.使用后的PFAS大多都汇集于污水处理厂中,成为环境中一个重要的汇.加之,污水生物处理过程大多只能对PFAS前体物质进行转化而不是降解,以至于常常导致出水中PFAS浓度高于进水,甚至成为PFAS的源.因进入人体的PFAS的生物累积性和持久性会造成不同程度人体健康损害,所以,欧美等国家已开始限制PFAS的使用并致力于去除现存环境中的PFAS.在系统总结PFAS来源、浓度、转化和去除的基础上,对现存各种去除方法进行了效果分析,以便为后续污水处理厂污水、污泥中PFAS迁移转化及去除等进一步研究提供参考.最终得出,现有去除方法对PFAS去除降解效果十分有限;对出水吸附PFAS后原位同步降解、采用污泥焚烧处理似乎是最为有效的去除PFAS手段,也是未来该领域应重点研发的技术.